基于本体的新产品开发领域知识库模型研究.pdf

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2009年第8期ScienceandTec科hn技olo管gy理M研an究agementResearch20o9No．8文章编号：1000—7695(2009)08—0351—03基于本体的新产品开发领域知识库模型研究李海刚，尹万岭(上海交通大学管理学院，上海200052)摘要：讨论了知识表示方法选择所应考虑的因素，综合比较了几种常用的知识表示方法的优缺点。分析了利用本体来表示新产品开发领域知识的优势及其国内外研究现状。阐述了利用本体实现新产品开发领域知识共享和知识重用的机理，提出一种基于本体的新产品开发领域知识库结构模型，并对其中知识库和本体库的关系进行了讨论。关键词：知识表示；本体；新产品开发；知识共享；领域知识库中图分类号：G302文献标识码：A市场对企业开发的新产品要求越来越高，而企业也投入然简单、精确又容易存取。了越来越多的人力物力以提高新产品开发的效率和质量。随1．2常用知识表示方法的比较着网络技术和计算机技术的发展，新产品开发领域也呈现出不同的知识表示方法具有各自的特点，适应于不同的应了一些如下所述的新问题。用领域，总结常用的几种知识表达方法的优缺点，如表1(1)特定领域内的各个企业新产品开发的特点不一样。所示：这就对企业知识管理提出了很高的要求。知识工程师在构建表1几种知识表示方法的比较知识管理系统的过程中，不仅需要了解如何构建企业知识库，而且对新产品开发知识也要有一定的了解，才能更好的掌握企业的需求。(2)新产品开发是一项巨大的工程，要求团队合作，互相沟通。随着跨国集团和战略联盟体的出现，企业间合作开发新产品的情况越来越普遍。不同企业的新产品研发人员由于企业文化不同、领域所属不同等原因，沟通上可能产生问题，而知识不能共享。(3)企业内部存在着大量的新产品开发的历史知识，包括结构化知识，半结构化知识和非结构化知识，这些知识可能是新产品开发的相关文件、产品数据库、Email、Web，甚至可能是工作经验。这样即不利于企业知识共享，也不利于宝贵历史知识的重用。由表对比分析可知：语义Web表示法和框架表示法虽然1常用知识表示方法表达能力强，而且具有层次性可以表达一定的语义关系，但1．1知识表示方法选择所考虑的因素是由于语义Web的节点含义模糊，容易出现递归等现象，而对同一领域的知识，一般都可以用多种方法来表示。但框架表示法不能够推理，两者都难以编码实现，因此计算机是，这些方法的表达效果却不相同。因为不同领域中的知识难以实现。规则表示和逻辑表示，虽然模块性强，且修改灵一般都有不同的特点，而每一种表达方法也有自己的长处与活实现容易，但是不能表达复杂的知识，应用领域有限制。不足。因而有的领域知识可能采用这种表示方法比较合适，基于实例推理的知识表示方法通常并不会是一种全新的而有的领域知识则可能采用另外一种表示方法更好。有时还知识表示方法，而是在以往的知识表示方法，如一阶逻辑、需要把几种表示方法结合起来，作为一个整体来表示领域知产生式规则、框架或语义网络上的一级抽象。因此，其实现识，以达到取长补短的效果。有时也需要根据实际情况对现方法应基于现有的知识表示方法。有的一些知识的表示方法作一些适当的改变。使用本体论来表示知识可以在语义的表现、挖掘隐含的知识表示方法的选择，是进一步利用知识进行知识处理信息方面有很大的改善，使得知识表示关系的丰富化。和前的重要环节。究竟采用哪种知识的表示方法更合适，可从如面几种方式相比，本体论不仅可以具有较丰富的描述语言和下几个方面综合考虑：(1)首先考虑的是能否充分地表示领阶层化的架构，而且可以实现知识推理，编码实现容易。域知识。也就是说，知识表示方法选择和确定往往要受到领2本体在新产品开发领域知识表示中的优势及其研域知识自然结构的制约。(2)要考虑方便对知识的利用。知究现状识的利用就是使用这些知识进行推理，求解现实问题。(3)便于知识的组织、维护与管理。(4)便于理解和实现。总2．1基于本体的新产品开发领域知识表示的优势之，选择知识表示方法的经验法则是知识的表达形式应该自随着市场竞争的日益激烈，企业对智能化需求的逐步提收稿日期：2008一ll—lO。修回日期：2009—03—12基金项目：国家自然科学基金项目资助(70571052) 352李海刚等：基于本体的新产品开发领域知识库模型研究高，利用知识管理系统，跨企业合作开发新产品越来越普遍，忽略了对于基于本体的知识库结构的研究。新产品开发领域的这些问题也逐步的凸现出来。所有这些问3基于本体的新产品开发领域知识共享机制题都提出了一个共同的需求，那就是实现知识的共享和重用。为了实现企业内部和企业之间的知识及知识处理系统的本体可以实现企业新产品开发领域的知识共享和知识重共享和互操作，不同的用户、组织和软件系统必须进行有效用。本文在Uschold和Gruninger⋯工作的基础上，阐释了本的通讯。但是由于不同的需求及应用背景，致使关于同一个体实现知识共享和互操作的机理，如图1所示：基本概念可能会产生不同的理解，势必会阻碍共享及互操作的进行。本体论的提出减少或消除了概念及术语的混乱，从根本上解决了这一问题。新产品开发领域知识表示就是按照新产品开发历史知识的内在逻辑联系，运用一定的组织工具、方法和标准，对知识对象进行诸如整理、加工、表示、控制等一系列有序化、系统化的活动，对新产品开发历史知识进行分析，按照其性质或应用途径分类，保证知识的正确性和条理性。本体论在产品知识表示领域的研究主要以产品生命周期理论角度为出图1基于本体的新产品开发知识共享发点，研究基于本体的产品新知识开发领域表示方法。企业A在开发新产品过程中，将产生的知识需求“How2．2基于本体的知识表示在产品开发领域的研究现状tosetScreen⋯”传给解释器x，解释器x根据NPD本体库将SangBongYoo，YeonghoKim提出了一个基于Web的知识Screen转换为本体的标准概念“LCD”后，传给解释器Y新管理系统，在虚拟企业共享产品数据，他们使用了Metadata、的知识需求“HowtosetLCD⋯”，解释器Y根据NPD本体库Ontology和MappingRelationships(映射关系)实现虚拟企业将LCD转换为“Display”，然后传给企业B的知识需求是员工对产品数据的定位⋯；M．Rezayat(2000)提出在企业“HowtosetDisplay⋯”，企业B回答“SetDisplaylikethisIP3D集成开发环境中，知识的重用是关键因素，这就需要一”⋯种技术来定义一种交流字典，作者选择了XML和KCs(Key，最后解释器Y和x将转换为“Setscreenlikethis⋯”的答案返回给企业A。Characters)来定义交流字典；Kyoung—YunKi111，为了实现新产品开发领域基于本体的知识共享和重用，DavidG．Manley，HyungjeongYang(2006)提出企业协同产品开首先需要建立新产品开发领域的本体库。发环境中，开发人员顺畅的交流是产品开发的重要因素。因此，将本体论应用到异构协同产品开发中，可以促进知识的4基于本体的新产品开发领域知识库结构模型共享和重用。4．1基于本体的新产品开发领域知识库的结构分析在国内，本体在知识管理中的应用是一个重要的研究领目前，企业内部已经有许多不同形式的知识管理系统，域。何陈棋、谭建荣、张树有等将本体论应用到大批量定如：文件系统、数据库系统、专家系统等。由于这些系统的制配置设计领域，对配置设计领域的知识进行本体构建，提开发目的、开发工具和实现语言等都不相同，开发人员对新出了产品配置设计的模块，并定义了配置设计规则，分析了产品开发知识的理解也不尽相同，这就造成了知识的异构，配置设计的求解策略和实现算法；高济教授、张祯以及吴朝阻碍了企业内部和企业联盟之间的知识共享和知识重用。因晖教授、徐杰峰等人分别将本体论应用到知识管理系统知识此，企业需要利用本体库实现企业内部或企业之间的知识共项的自动建立和知识库网络模型研究领域]；陈铭和王英享和重用。企业将新产品开发领域的数据库、文件系统、专林提出了一个基于本体的按需知识管理系统，通过企业本家系统等知识管理系统，以本体库为元数据，通过知识转换体来建立元知识，采用推一拉的知识检索地模式，提高了知平台转换为新产品开发领域知识库，其结构如图2所示：识管理的效率和质量；蒋祖华、林平在介绍了本体论的概念和研究范围的基础上，对本体的描述语言、本体论的构建工具和机械方法论作了比较研究，提出了一些本体的开发建议和展望；梁启华教授在阐述了本体论的概念的基础上，对本体论在知识管理方面的作用和应用作了阐述；郭鸣，李善平，董金祥，付相君提出了基于本体论及语义的产品信息建模的观点，建立了产品信息模型层次化结构，用语义Web语言DAML+OIL形式化描述基于知识的产品信息模型的方法，给出了语言映射的实现机制；付相君、李善平、郭铭将本体论应用于产品数据建模领域，构建描述逻辑语言ALC—图2新产品开发领域知识库结构模型NRP(D)表达EXPRESSSCHEMA中本体语义知识；付相君、李善平、郭铭将本体论应用于产品建模，从建模语言企业通过新产品开发本体库将企业各种新产品知识管理和本体结构两方面研究了本体建模规范。系统通过两种方式进行整合：(1)根据本体库转换为本体知目前在基于本体的知识表示方面的研究对象大都集中于识库；(2)根据本体库对现有的知识资源进行本体标注，以产品本身，忽略了客户，供应商，分销商等概念和产品之间方便新产品开发人员进行语义检索知识，实现了企业内部和的联系；本体构建知识工程师不了解新产品开发的知识，新企业联盟之间的不同结构知识的共享和重用。产品开发人员也不懂本体的含义，这就造成了两者沟通上的4．2新产品开发本体库和领域知识库的关系困难；收集初始概念时，概念数目庞大，人工很难收集全面；本体库的构建完成为基于本体的企业知识表示打下了坚 李海刚等：基于本体的新产品开发领域知识库模型研究353实的基础。但是仅有一个本体库还不能实现知识的共享和集[2]REZAYATM．Knowledge—basedproductdevelopmentusingXML成。本体库的作用在于它是企业知识的“元数据”。本体库andKCs[J]．ComputerAidedDesign，2000，32：299—309．只能提供企业新产品开发最基本的概念之间的语义关系知[3]KIMKyoung—Yun，MANLEYDG，YANGHyungjeong．Ontology—basedassemblydesignandinformationsharingforcollaborativeproduct识，而不能提供新产品开发过程中的业务知识。本体库就像development[J]．Computer—AidedDesign，2006，38：1233企业知识的规范，需要依据本体库，将企业的形形色色的知—1250．识转换为本体知识库中的知识或者将他们整合在一起。[4]何陈棋，谭建荣，张树有．基于本体论和知识规则的大批量定制如果企业新产品开发本体库和知识库用同一语言表达的配置设计技术研究[J]．中国机械工程，2005，15(9)：783话，两者之间并没有清晰的界限，区别仅仅在于知识库的哪—791．一部分是可以共享和重用的，哪一部分是针对特定应用的，[5]李善平，尹奇，胡玉杰，等．本体论研究综述[J]．计算机研究他们之间的关系如图3所示：与发展，2004，41(7)：1041—1052．[6]陈铭，王英林．基于本体的按需知识管理系统研究与实现[J]．企业的计算机仿真，2006，23(1)：236—240．种知啻源[7]林平，蒋祖华．本体论工程的比较研究[J]．计算机工程，2005，31(4)：6—8．[8】郭鸣，李善平，董金祥，等．基于本体论及语义Web的产品信息模型研究[J]．浙江大学学报：工学版，2004，38(1)：22—28．[9]付相君，李善平，郭铭．产品数据模型的本体知识表达[J]．计算机辅助设计与图形学学报．，2005，17(3)：570—577．[1O]付相君，李善平，郭铭．产品建模中本体层的表达规则[J]．计算机辅助设计与图形学学报，2006，17(6)：1159—1166．[11]USCHOLDM，GRUNINGERM．Ontologies：principlesmethodsandapplications，KnowledgeEngineeringReview，1996，l1(2)：93—图3本体库和知识库的关系137．本体库提供的是描述新产品开发领域的一组术语和概念，本体知识库则使用这些术语来表达该领域的事实。例如：作者简介：李海刚(1972一)，男，汉族，博士，副教授，主要研究手机本体包含“手机”、“摄像头”等概念，但它不会包含对方向为知识管理、新产品开发、电子商务与决策支持系统；尹万岭“某一部Nokia7610手机摄像头坏了”这条信息，而这正是(1983一)，男，汉族，硕士研究生，主要研究方向为知识管理和新知识库所要表达的内容。可见，知识库表达一些可供机器推产品开发。理事实，虽然本体库也包含了一些公理和实例，但侧重于描(本文责编：彭统序)述术语本身。知识库通常是针对特定应用的，本体库则更强调相关领域内的共用和重用。5结论网络环境下新产品开发领域已经呈现出一些新的特点，公告如何实现知识共享和知识重用是需要研究的一个问题。选择知识表示方法的经验法则是知识的表达形式应该自然简单、本刊2009年第6期第357页《跨国公司精确又容易存取，虽然目前常用的几种知识表示方法各有所离岸研发活动的组织与协调》一文，漏登基金长，和他们相比，本体在新产品开发领域的优势比较明显。本文分析了国内外有关本体在新产品开发领域知识表示方面项目：四川省哲学社会科学研究“十一五”规的研究现状，提出了一种基于本体的新产品开发领域知识库划2008年度课题“完善四川区域创新体系研结构模型，并对本体库和知识库的关系进行了分析。究一基于跨国公司在四川研发的视角”(SC08B13)，特此更正。参考文献：[1]YO0SangBong，KIMYeongho．Web—basedknowledgemanagementforsharingproductdatainvirtualenterprises[J]．Int．J．ProductionEconomics。2002。75：173—183．